[发明专利]喷涂石墨烯涂层的方法及由此制得的石墨烯涂层

说明书

技术领域

 本发明属于新材料制备及表面技术领域，涉及一种制备石墨烯涂层的方法及由此制得的石墨烯涂层。

背景技术：目前，电子器件体积越来越小、功率越来越大，带来了电子器件散热空间的局限性；同时，所用材料的多样性也使得在多种材料表面制备热界面材料的难度越来越大。如何使散热材料节省空间，同时，提高散热效率，是当前散热领域的一大难题。

热界面材料应用于热源和散热器之间，是构成散热体系的重要组成部分。热界面材料可填补热源与散热器两种不同材料接触时产生的孔洞，防止过热点，减少热传递的阻抗，提高散热性。热界面材料的传热能力是由其原子结构决定的，纳米尺度上晶体结构的改变可影响热界面材料的热传递能力。石墨烯作为一种新兴的二维碳材料，以其优异的物理化学性能，有望在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量存储等领域获得广泛应用，被认为是下一代应用电子设备最有前途的一种材料。如何利用大量的纳米尺度的石墨烯片，在较低成本和贴近工业生产过程下，制备成高质量的热界面材料，是目前面临的重要挑战之一。

石墨烯的制备方法有很多，化学气相沉积法(CVD)可在金属基底表面制备出高质量的单层石墨烯片，经转移后贴敷到目标基底上，是实现石墨烯基纳米电子器件规模化的重要方法之一。然而，对于块体材料在散热技术领域的应用，CVD法制备的石墨烯片很难满足大规模材料使用的要求。

发明内容：本发明提供了一种喷涂石墨烯涂层的方法，包括：

（1）将石墨烯加入溶剂中制备石墨烯溶液；

（2）将石墨烯溶液喷涂在已预热的基底材料表面；

（3）任选将基底材料进一步加热。

此外，本发明还提供一种喷涂制得的石墨烯涂层，其厚度为0.1-100μm，优选为1-80μm，更优选为2-60μm，最优选为3-50μm。

本发明的方法可用于在材料表面制备石墨烯散热涂层，可实现连续喷涂，精确控制制备参数，可在材料表面制备出可控涂层材料。所获得的涂层的导热率最高达到20 W/(m·K)，相对于已经商业化的导热胶或者导热硅脂（导热率1～5 W/(m·K)）能够很大程度上提高材料表面的散热能力，从而保证电子器件的高功率输出，显示出极大的优势。因此，本发明的方法可应用于散热技术领域。

本发明的方法可以实现规模化生产纳米尺度的石墨烯片，生产成本较低，制备出高质量的石墨烯散热涂层。

附图说明：

图1为实现连续喷涂石墨烯涂层的本发明方法的示意图。

具体实施方式：下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明，具体步骤如下：

本发明提供的喷涂石墨烯涂层的方法，包括：

（1）将石墨烯加入溶剂中制备石墨烯溶液；

（2）将石墨烯溶液喷涂在已预热的基底材料表面；

（3）任选将基底材料进一步加热。

在一个具体实施方案中，基底材料预热温度范围可以为50-250℃，优选80-200℃，更优选为100-150℃，最优选为110-140℃。

在一个具体实施方案中，所述石墨烯溶液的浓度可以为0.05-5 mg/ml，优选为0.08-3 mg/ml，更优选为0.1-1 mg/ml，最优选为0.2-0.8 mg/ml。

在本发明的步骤（1）中，所述石墨烯可以为单层石墨烯、多层石墨烯或其混合物。其中，所述单层石墨烯是指分子骨架由六边形晶格排列的单层石墨原子组成、且经过官能化而得到的含有丰富有机官能团（有机官能团摩尔百分比通常为5%-30%）的二维平面材料，其厚度分布在0.34-1.4 nm之间，平均直径在10-20μm之间；所述多层石墨烯为2-5层的石墨烯，其厚度为0.7-7 nm之间，平均直径在10-20μm之间。

本发明使用的石墨烯可采用机械剥离法、外延生长法、取向附生法及化学法等方法制备。其中，机械剥离法是通过机械力从体相石墨晶体的表面剥离出石墨烯片的方法；外延生长法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶SiC（001）面上分解出石墨烯片层；取向附生法是利用生长基质的原子结构“种”出石墨烯；化学法是将石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下得到氧化石墨溶液，再将其还原而制备石墨烯，氧化石墨的还原方法有很多，其中包括热冲击还原法（将石墨氧化物于有惰性气体保护的气氛下进行加热，使得其由棕黄色变成黑色，从而制备石墨烯粉末）和微波辐射法（可在室温下很短时间内还原石墨氧化物从而制备石墨烯），优选使用微波辐射法对氧化石墨进行还原。